半导体装置的制造方法
【专利说明】半导体装置的制造方法
[0001]相关串请的交叉引用
[0002]2014年8月26日提交的日本专利申请第2014-171597号的包括说明书、附图和摘要在内的公开通过引用全部合并于此。
技术领域
[0003]本发明涉及用于制造半导体装置的技术，并且更具体地涉及可以有效地应用于制造用作例如逆变器的组成部件的半导体装置的技术。
【背景技术】
[0004]日本未审查专利申请公开第2003-197664号(专利文献1)描述了一种涉及通过在散热部中创建凹部并将引脚插入凹部内而从模具中去除具有散热部的半导体装置的技术。
[0005]日本未审查专利申请公开第2008-283138号(专利文献2)描述了一种用于通过具有突起的成型模具来固定热沉的技术。
[0006]日本未审查专利申请公开第Hei8(1996)-172145号(专利文献3)描述了一种涉及在热沉的角落(边缘)中形成用于定位的切口部并且将固定部加压至切口部由此将热沉定位的技术。
[0007][相关技术文献]
[0008][专利文献]
[0009][专利文献1]
[0010]日本未审查专利申请公开第2003-197664号
[0011][专利文献2]
[0012]日本未审查专利申请公开第2008-283138号
[0013][专利文献3]
[0014]日本未审查专利申请公开第Hei8 (1996)-172145号
【发明内容】
[0015]电机安装在例如电动车辆、混合动力车辆等中。电机的一个示例是永磁同步电机(在下文中称作“PM电机”)。PM电机通常用作用于驱动电动车辆、混合动力车辆等等的电机。另一方面，近年来对开关磁阻电机(在下文中称作“SR电机”)的需要鉴于成本降低而增加。
[0016]为控制SR电机，需要专用于SR电机的逆变器电路。用于SR电机的逆变器电路被以功率模块(电子装置)的形式投入商业生产。设计用于专用于SR电机的逆变器电路的功率模块的大多数组成部件是裸芯片安装产品，并因此需要在功率模块的较高性能和小型化方面得到提高。
[0017]为此原因，发明人研究了作为对应于SR电机用逆变器电路的功率模块所用的组成部件的半导体装置(封装产品)的使用，以便增强功率模块的性能并降低尺寸。这些研究发现，产生的各封装在专用于SR电机的逆变器电路的特性方面需要彼此电隔离的两个芯片安装部。
[0018]因此，特别地，为减小封装产品的尺寸，这两个芯片安装部需要在相互保持电隔离的同时尽可能彼此靠近。这导致对可以在封装产品的制造工序中将两个芯片安装部精确地彼此靠近定位和布置的技术的需要。具体地，需要开发一种可以将两个芯片安装部彼此靠近定位的定位夹具。
[0019]通过结合附图进行的本说明书的以下详细描述将清楚地理解本发明的其他问题和新的特征。
[0020]根据本发明的一个实施例，一种用于制造半导体装置的方法包括将第一芯片安装部和第二芯片安装部布置在夹具的主表面之上使得第一芯片安装部的一个侧表面面对第二芯片安装部的一个侧表面的步骤。接着，将夹具的第一凸部压抵第一芯片安装部的除了一个侧表面以外的相应的侧表面，由此将第一芯片安装部定位在夹具的主表面之上，并且将夹具的第二凸部压抵第二芯片安装部的除了一个侧表面以外的相应的侧表面，由此将第二芯片安装部定位在夹具的主表面之上。
[0021]因此，本发明的一个实施例可以使半导体装置小型化。
【附图说明】
[0022]图1A至图1C是用于说明SR电机的转动原理的图。
[0023]图2是示出布置在DC功率源与SR电机之间的逆变器电路的电路图；
[0024]图3是用于说明本发明的第一实施例中的逆变器电路的操作的图；
[0025]图4A是示出用于PM电机的逆变器电路的一部分的图，并且图4B是示出用于SR电机的逆变器电路的一部分的图；
[0026]图5是示出其中形成有IGBT的半导体芯片的外观的平面图；
[0027]图6是示出与半导体芯片的正表面相对的背表面的平面图；
[0028]图7是示出形成在半导体芯片上的电路的一个示例的电路图；
[0029]图8是示出第一实施例中的IGBT的装置结构的截面图；
[0030]图9是示出其处形成有二极管的半导体芯片的外观的平面图；
[0031]图10是示出二极管的装置结构的截面图；
[0032]图11A是第一实施例中的半导体装置的当从其正表面观察时的平面图，图11B是第一实施例中的半导体装置的当从其侧表面观察时的侧视图，并且图11C是第一实施例中的半导体装置的当从其背表面观察时的平面图。
[0033]图12A是第一实施例中的半导体装置的内部结构的平面图，图12B是沿着图12A的线A-A截取的截面图，并且图12C是沿着图12A的线B-B截取的截面图。
[0034]图13是图12B的局部区域的放大图。
[0035]图14是用于说明“在其侧表面处具有台阶部的结构”的图。
[0036]图15是用于说明“在其侧表面处具有台阶部的结构”的另一图。
[0037]图16A是第一实施例中的半导体装置的制造步骤的透视图，并且图16B是沿着图16A的线A-A截取的截面图。
[0038]图17A是第一实施例中的半导体装置的另一制造步骤的透视图，并且图17B是沿着图17A的线A-A截取的截面图。
[0039]图18是示出在两个芯片安装部之上形成导电膏的步骤的示例图。
[0040]图19A是第一实施例中的半导体装置的另一制造步骤的透视图，并且图19B是沿着图19A的线A-A截取的截面图。
[0041]图20A是第一实施例中的半导体装置的另一制造步骤的透视图，并且图20B是沿着图20A的线B-B截取的截面图。
[0042]图21A是第一实施例中的半导体装置的另一制造步骤的透视图，并且图21B是沿着图21A的线B-B截取的截面图。
[0043]图22A是第一实施例中的半导体装置的另一制造步骤的另一透视图，并且图22B是沿着图22A的线B-B截取的另一截面图。
[0044]图23是示出第一实施例中的半导体装置的另一制造步骤的透视图。
[0045]图24A是第一实施例中的半导体装置的另一制造步骤的另一透视图，并且图24B是沿着图24A的线B-B截取的截面图。
[0046]图25A是示出第一实施例中两个芯片安装部布置在下夹具上的状态的平面图，图25B是沿着图25A的线A-A截取的截面图，并且图25C是沿着图25A的线B-B截取的截面图。
[0047]图26A是示出第一实施例中上夹具布置在下夹具上的状态的平面图，图26B是沿着图26A的线A-A截取的截面图，并且图26C是沿着图26A的线B-B截取的截面图。
[0048]图27A是示出第一实施例中引线框布置在上夹具上的状态的平面图，图27B是沿着图27A的线A-A截取的截面图，并且图27C是沿着图27A的线B-B截取的截面图。
[0049]图28是示出两个芯片安装部通过下夹具被固定的状态的示意图。
[0050]图29是用于说明第一相关技术的图。
[0051]图30是用于说明第二相关技术的图。
[0052]图31是示出一个芯片安装部通过下夹具被固定的状态的示意图。
[0053]图32是用于说明由第一实施例的第二方面得到的优点的图。
[0054]图33是示出第一变型例中两个芯片安装部通过下夹具被固定的状态的示意图。
[0055]图34是示出第二变型例中两个芯片安装部通过下夹具被固定的状态的示意图。
[0056]图35是示出第三变型例中两个芯片安装部通过下夹具被固定的状态的示意图。
[0057]图36是示出第四变型例中两个芯片安装部通过下夹具被固定的状态的示意图。
[0058]图37是示出根据发明的第二实施例两个芯片安装部通过下夹具被固定的状态的示意图。
[0059]图38是示出一个芯片安装部通过下夹具被固定的状态的示意图。
[0060]图39是示出从第二实施例的概念中排除的结构的示意图。
【具体实施方式】
[0061]为了方便起见，本发明的以下优选实施例可以在下面通过分成多个部分或实施例来描述，如果必要的话，该多个部分或实施例彼此不独立，除非另有规定。部分或实施例中的一个可以是其他中的一部分或全部的变形例、详细描述、补充说明等等。
[0062]即使当在以下实施例中提及关于元件等等的特定数量(包括元件的数量、数值、量、范围等等)时，发明不限于特定数量，并且可以采用大于或小于特定数量的数量，除非另有规定，并且除了当原则上清楚地限于特定数量时。
[0063]显然下面的实施例中的组成部件(包括元素的步骤等)不一定是必不可少的，除非另有规定，并且除了原则上清楚地被视为必不可少时。
[0064]同样地，当在以下实施例中提及一个组成部件的形状或组成部件之间的定位关系时，与这里所描述的大体类似或接近的任何形状或定位关系都可以被包括在发明中，除非另有规定并且除了当原则上清楚地被视为并非这样时。这同样适用于上面的数量和范围。
[0065]在用于说明实施例的所有附图中，相同的部件原则上用相同或相似的附图标记来指示，并且将省略其重复描述。甚至一些平面图为了容易理解可以用阴影来指定。
[0066]第一实施例
[0067]本发明的第一实施例涉及一种关于包括用于控制SR电机的逆变器电路的功率模块的技术思想。这里，在本说明书的描述中，在概念上，整个功率模块对应于电子装置，而功率模块的组成部件之中的包括半导体芯片的电子部件对应于半导体装置。
[0068]〈SR电机的转动原理>
[0069]电机例如安装在电动汽车、混合动力汽车等上。合适的电机包括PM电机和SR电机。与PM电机相比，SR电机具有低成本和高速转动的优点。具体地，SR电机由于没有使用稀土(稀有金属)并且转子(转动体)的结构具有简单结构而具有与PM电机相比能够获得低成本的优点。此外，SR电机由于转子具有由铁锭制成的简单、坚固的结构而具有使得能够实现转子的高度转动的另一优点。因此，在低成本方面近年来增加了针对SR电机的需要。为此原因，本发明的第一实施例集中在SR电机上。在下面，首先将描述SR电机的转动原理。
[0070]图1A至图1C是用于说明SR电机MT的转动原理的图。如图1A所示，SR电机MT包括定子ST和转子RT。转子RT可转动地布置在定子ST中。线圈L(W)是通过在定子ST的端子W与W’之间(在端子W-W’之间)卷绕导线而形成。一旦电流经过包括卷绕在定子ST的端子W与W’之间的线圈L(W)的闭合电路A，就会因为流过卷绕在端子W与W’之间的线圈L(W)的电流而形成电磁体。作为结果，例如，由铁制成的转子RT接收作为由电磁体产生的磁力的吸引，并且被沿图1A的箭头所指示的方向吸引。
[0071]随后，当包括卷绕在定子ST的端子W-W’之间的线圈L(W)的闭合电路A被释放并且电流的流动被中断时，由因通过卷绕在端子W-W’之间的线圈L(W)的电流所致的电磁体所产生的磁力失去。因此，由因通过卷绕在端子W-W’之间的线圈L(W)的电流所致的电磁体施加至转子RT的吸引被消除。此后，如图1B所示，一旦电流经过包括卷绕在定子ST的端子U与U’之间(在端子U-U’之间)的线圈L(U)的闭合电路B，就会因流过卷绕在端子U与U，之间的线圈L(U)的电流而形成电磁体。作为结果，转子RT接收来自电磁体的吸引并且被沿图1B的箭头所指示的方向吸引。
[0072]接着，当包括卷绕在定子ST的端子U-U’之间的线圈L(U)的闭合电路B被释放并且电流的流动被中断时，由因通过卷绕在端子U-U’之间的线圈L(U)的电流所致的电磁体所产生的磁力失去。因此，由因通过卷绕在端子U-U’之间的线圈L(U)的电流所致的电磁体施加至转子RT的吸引被消除。此后，如图1C所示，一旦电流经过包括卷绕在定子ST的端子V与V’之间(在端子V-V’之间)的线圈L(V)的闭合电路C，就会因流过卷绕在端子V与V’之间的线圈L(V)的电流而形成电磁体。作为结果，转子RT接收来自电磁体的吸引并且被沿图1C的箭头所指示的方式吸引。
[0073]以上述方式，在闭合电路A、B与C之中进行切换，由此允许电流依次经过对应的闭合电路，产生电磁体。来自电磁体的吸引准许转子RT连续地逆时针方向转动，例如如图1A至图1C所示。这是SR电机MT的转动的原理。据发现，为了使SR电机MT转动，必需通过在闭合电路A、B和C之中进行切换来允许电流流动。用于控制闭合电路A、B和C之中的切换的电路是逆变器电路。也就是，逆变器电路被配置成通过在闭合电路A、B和C之中顺次地进行切换来控制流过对应的闭合电路的电流。现在，将描述具有这样的功能的逆变器电路的结构。
[0074]<逆变器电路的结构>
[0075]图2是示出布置在DC功率源E与SR电机MT之间的逆变器电路INV的电路图。如图2所示，逆变器电路INV包括与DC功率源E并联耦合的第一支线LG1、第二支线LG2和第三支线LG3。第一支线LG1由串联耦合的上臂UA(U)和下臂BA(U)组成。第二支线LG2由串联耦合的上臂UA(V)和下臂BA(V)组成。第三支线LG3由串联耦合的上臂UA(W)和下臂BA(ff)组成。上臂UA(U)由IGBTQ1和二极管FWD1组成，并且下臂BA(U)由IGBTQ2和二极管FWD2组成。此时，上臂UA(U)的IGBTQ1和下臂BA(U)的二极管FWD2两者都被耦合至端子TE (U1)，使得IGBTQ1与二极管FWD2串联耦合。另一方面，上臂UA (U)的二极管FWD1和下臂BA(U)的IGBTQ2两者都被耦合至端子TE(U2)，使得二极管FWD1与IGBTQ2串联耦合。端子TE(U1)被耦合至SR电机的端子U’，并且端子TE(U2)被耦合至SR电机的端子U。也就是，存在于SR电机MT的端子U与U’之间的线圈L(U)被耦合至逆变器电路INV的端子TE(U1)与端子TE(U2)之间。
[0076]同样地，上臂UA(V)由IGBTQ1和二极管FWD1组成，并且下臂BA(V)由IGBTQ2和二极管FWD2组成。此时，上臂UA(V)的IGBTQ1和下臂BA(V)的二极管FWD2两者都被耦合至端子TE(V1)，使得IGBTQ1与二极管FWD2串联耦合。另一方面，上臂UA(V)的二极管FWD1和下臂BA (V)的IGBTQ2两者都被耦合至端子TE (V2)，使得二极管FWD1与TGBT2串联耦合。端子TE(V1)被耦合至SR电机的端子V’，并且端子TE(V2)被耦合至SR电机的端子V。也就是，存在于SR电机MT的端子V与V’之间的线圈L(V)被耦合至逆变器电路INV的端子TE(V1)与端子TE(V2)之间。
[0077]同样地，上臂UA(W)由IGBTQ1和二极管FWD1组成，并且下臂BA(W)由IGBTQ2和二极管FWD2组成。此时，上臂UA(W)的IGBTQ1和下臂BA(W)的二极管FWD2两者都被耦合至端子TE(W1)，使得IGBTQ1与二极管FWD2串联耦合。另一方面，上臂UA(W)的二极管FWD1和下臂BA(W)的IGBTQ2两者都被耦合至端子TE(W2)，使得二极管FWD1与IGBTQ2串联耦合。端子TE (W1)被耦合至SR电机的端子W’，并且端子TE (W2)被耦合至SR电机的端子W。也就是，存在于SR电机MT的端子W与W’之间的线圈L(W)被耦合至逆变器电路INV的端子TE (W1)与端子TE (W2)之间。
[0078]作为上臂UA⑶、UA(V)和UA(W)中的每一个的组成部件的IGBTQ1的栅极电极被电耦合至栅极控制电路GCC。上臂UA⑶、UA (V)和UA (W)中的每一个中的IGBTQ1的通/断操作(开关操作)由来自栅极控制电路GCC的栅极控制信号来控制。同样地，作为下臂BA(U)、BA(V)和BA(W)中的每一个的组成部件的IGBTQ2的栅极电极被电耦合至栅极控制电路GCC。下臂BAOJ)、BA(V)和BA(W)中的每一个的IGBTQ2的通/断操作由来自栅极控制电路GCC的栅极控制信号来控制。
[0079]在这里，例如，金属氧化物半导体场效应晶体管(功率M0SFET)被视为用作用于逆变器电路INV的开关元件。功率M0SFET是通过施加至栅极电极的电压来控制逆变器电路的通/断操作的电压驱动型的，并因此具有使得能够实现高速开关的优点。另一方面，功率M0SFET趋向于随着增加击穿电压而增加导通电阻，产生了大量的热。这是因为功率M0SFET通过增加低浓度外延层(漂移层)的厚度来确保适当的击穿电压，但是作为随着增加低浓度外延层的厚度的副作用增加了其电阻。
[0080]相比之下，提议能够处理大电功率的双极晶体管作为开关元件。双极晶体管是通过基极电流控制通/断操作的电流驱动型的，并因此与上述功率M0SFET相比通常具有低的开关速度。
[0081]如上面提到的，在诸如电动汽车或混合动力汽车的电机等的需要大电功率和高速开关的装置的应用中不能容易地使用功率M0SFET和双极晶体管。为此原因，如上所述在要求大电功率和高速开关的这些应用中使用IGBT。IGBT由功率M0SFET和双极晶体管的组合组成。IGBT是具有功率M0SFET的高速开关特性以及双极晶体管的高击穿电压特性的半导体元件。以该方式，IGBT能够既获得大电功率又获得高速开关。这意味着IGBT是适合用于要求大电流和高速开关的应用的半导体元件。如上面提到的，第一实施例的逆变器电路INV采用IGBT作为开关元件。
[0082]第一实施例的逆变器电路INV包括彼此并联耦合的第一至第三支线LG1至LG3。第一至第三支线LG1至LG3中的每一个包括两个IGBT(IGBTQ1和IGBTQ2)和两个二极管(二极管FWD1和二极管FWD2)。这意味着第一实施例的逆变器电路INV包括六个IGBT和六个二极管。在如此配置的逆变器电路INV中，三个IGBTQ1和三个IGBTQ2通过栅极控制电路GCC被控制成通/断(作为开关操作)，因此使得能够实现SR电机MT的转动。将参照附图给出用于使SR电机MT转动的逆变器电路INV的操作的描述。
[0083]<逆变器电路的操作>
[0084]图3是用于说明第一实施例中的逆变器电路INV的操作的图。图3中示出的逆变器电路INV是用于转动地驱动SR电机MT的电路，并且包括第一至第三支线LG1至LG3。此时，例如，第一支线LG1是用于控制经过设置在SR电机MT的端子U与U’之间(在端子U-U’之间)的线圈L(U)的电流的电路，而第二支线LG2是用于控制经过设置在SR电机MT的端子V与V’之间(在端子V-V’之间)的线圈L(V)的电流的电路。同样地，第三支线LG3是用于控制经过设置在SR电机MT的端子W与W’之间(在端子W-W’之间)的线